高錳鋼鑄件生產(chǎn)過(guò)程中常見(jiàn)缺陷分析及相關(guān)預(yù)防措施探討

邵清華

江蘇華興特鋼鑄造有限公司 江蘇 泰州 225444

前言

各類高錳鋼鑄件，諸如斗齒、襯板、格子等在實(shí)際工況下，多由氣縮松脆斷導(dǎo)致破壞。對(duì)此，在生產(chǎn)高錳鋼鑄件的過(guò)程中，要對(duì)常見(jiàn)缺陷進(jìn)行科學(xué)預(yù)防和有效消除，促進(jìn)成品率實(shí)現(xiàn)大幅度提高。要嚴(yán)格規(guī)范鑄造生產(chǎn)涉及的各道工序，并加強(qiáng)對(duì)工藝細(xì)節(jié)的控制，分析常見(jiàn)缺陷的具體原因，并采取有效措施對(duì)常見(jiàn)缺陷進(jìn)行有效預(yù)防。

1 高錳鋼鑄件生產(chǎn)過(guò)程中常見(jiàn)缺陷原因

（1）氣孔原因。①造型材料：造型材料與高錳鋼鑄件氣孔的產(chǎn)生存在密切關(guān)系，例如，加入過(guò)量黏土，或者采用不恰當(dāng)?shù)幕焐肮に?，一方面?huì)導(dǎo)致型芯砂降低其透氣性，另一方面，缺乏均勻混合的小黏土塊在接觸鋼液時(shí)，會(huì)形成大量氣體，進(jìn)入鋼鑄件后即產(chǎn)生氣孔。②型芯干燥：若未能將砂芯、型芯有效烘干，鑄型尚未干透，即對(duì)之實(shí)施熱型合箱，合型完成后，對(duì)鑄型進(jìn)行過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的放置，未能及時(shí)進(jìn)行澆注等，會(huì)導(dǎo)致鑄件氣孔的產(chǎn)生[1]。③鑄造工藝及澆注：澆注系統(tǒng)缺乏合理設(shè)計(jì)，鋼液未能平穩(wěn)進(jìn)入鑄型，將氣體卷入其中，導(dǎo)致鑄件形成大量氣孔。以過(guò)快速度進(jìn)行澆注，未能及時(shí)排出鑄型中存在的氣體，對(duì)鑄件造成侵入，進(jìn)而產(chǎn)生氣孔。

（2）粘砂原因。在造型過(guò)程中，鋼鑄件缺乏足夠的緊實(shí)度，砂型具有粗糙的表面，采用質(zhì)量低劣的涂料等，導(dǎo)致砂礫間存在的空隙中浸入鋼液，鋼鑄件上嵌附有砂礫，產(chǎn)生機(jī)械粘砂。鋼中的堿性氧化物MnO含量較多，通常采用硅砂材料制作型芯，型芯中含有SiO2，與MnO 產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，即生成MnO?SiO2低熔點(diǎn)化合物，進(jìn)而形成化學(xué)粘砂[2]。

（3）裂紋原因。①工藝方面：生產(chǎn)鑄件涉及復(fù)雜性較強(qiáng)的過(guò)程，對(duì)各環(huán)節(jié)均須嚴(yán)格控制。若未能恰當(dāng)開(kāi)設(shè)澆冒口，將對(duì)鑄件凝固的具體方式和凝固順序造成不良影響，甚至?xí)?dǎo)致鑄件內(nèi)部對(duì)熱應(yīng)力的誘發(fā)，造成鑄件開(kāi)裂[3]。②化學(xué)成分：生產(chǎn)實(shí)踐顯示，C元素和P元素超標(biāo)，會(huì)導(dǎo)致對(duì)鑄件進(jìn)行水韌處理時(shí)發(fā)生碎裂。P元素是鋼中存在的有害元素，容易在奧氏體晶界形成偏聚，造成晶界結(jié)合力出現(xiàn)急劇下降，并使晶界發(fā)生脆化。當(dāng)高錳鋼中所含的Mn/C＜8時(shí)，對(duì)之實(shí)施常規(guī)水韌處理，過(guò)量的殘留碳化物以及網(wǎng)狀碳化物會(huì)出現(xiàn)在晶界上，鑄件本身的塑性、韌性以及強(qiáng)度均會(huì)出現(xiàn)降低，導(dǎo)致鋼質(zhì)變脆[4]。③熱處理：高錳鋼ZGMn13-1的熱導(dǎo)率僅是普通碳鋼的其熱膨脹系數(shù)則是普通碳鋼的2倍。因此，在對(duì)高錳鋼實(shí)施水韌處理的過(guò)程中，若加熱時(shí)為能對(duì)鑄件升溫速度進(jìn)行正確掌握，會(huì)造成鑄件出現(xiàn)裂紋。

2 高錳鋼鑄件常見(jiàn)缺陷的相關(guān)預(yù)防措施

2.1 氣孔預(yù)防措施

①對(duì)澆注系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，并對(duì)具有開(kāi)放式特點(diǎn)的澆注系統(tǒng)進(jìn)行采用，即∑F內(nèi)＞∑F橫＞∑F直，確保鋼液能保持均勻平穩(wěn)的狀態(tài)將鑄型充滿，防止鋼液出現(xiàn)卷氣和氧化。采用∑F內(nèi)＞∑F橫＞∑F直=1：（1～1.1）：（1～1.4）開(kāi)放式澆注系統(tǒng)，按照現(xiàn)場(chǎng)澆包注口的具體尺寸對(duì)直澆道尺寸進(jìn)行確定。②對(duì)造型材料的發(fā)氣量、含水量、透氣性、砂芯烘干程度以及砂型等進(jìn)行嚴(yán)格控制，有效保障型芯形成順暢的通氣，扎出更多氣孔，順利將氣體排出。③出爐的鋼液，需要保持一定時(shí)間的鎮(zhèn)靜，促進(jìn)鋼液所含氣體的良好上浮。

2.2 粘砂預(yù)防措施

①對(duì)金屬模板進(jìn)行采用，并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)型砂箱造型，有效保障砂型緊實(shí)度，并提升其尺寸精度，面砂應(yīng)對(duì)砂粒較細(xì)的型砂進(jìn)行采用，對(duì)砂粒間存在的空隙進(jìn)行有效減少，孔芯對(duì)鎂砂磚芯進(jìn)行采用。②鑄型摒棄對(duì)白泥涂料的使用，使用堿性鎂橄欖石粉涂料，并對(duì)涂料實(shí)際涂刷厚度進(jìn)行控制，確保涂刷厚度不超過(guò)1mm，并避免形成堆積。

2.3 裂紋預(yù)防措施

①對(duì)鑄造工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)，要減小預(yù)留的加工余量，將加工余量控制在3到5mm范圍內(nèi)，對(duì)較大件的加工余量，要控制在10mm以內(nèi)。鑄件外形要對(duì)負(fù)公差進(jìn)行采用，孔槽要對(duì)正公差進(jìn)行采用，盡量對(duì)易割冒口片進(jìn)行放置，對(duì)澆道進(jìn)行分散放置。②澆注完成后，按照1min/5mm壁厚對(duì)時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，并及時(shí)松箱。③對(duì)打箱時(shí)間進(jìn)行嚴(yán)格控制，禁止在風(fēng)口處放置鑄件。對(duì)鑄件進(jìn)行搬運(yùn)，要盡量防止出現(xiàn)碰撞，禁止對(duì)鑄件進(jìn)行澆水，避免激冷應(yīng)力導(dǎo)致鑄件發(fā)生開(kāi)裂。開(kāi)箱后，溫度大于400℃的實(shí)際情況下，可通過(guò)氣割熱切割對(duì)易割冒口片進(jìn)行處理。④鑄件入爐之前，要用錘敲掉毛刺、飛翅和澆冒口系統(tǒng)。若鑄件厚度過(guò)大，可通過(guò)砂輪機(jī)對(duì)之進(jìn)行切割，盡量不用氣割。對(duì)氣割進(jìn)行運(yùn)用，要確保余量足夠，經(jīng)過(guò)水韌處理后，將保留余量埋入水中實(shí)施切割。⑤對(duì)水韌加熱速度以及出爐時(shí)間進(jìn)行嚴(yán)格控制，將常溫狀態(tài)下的鑄件加熱到600℃，在此過(guò)程中，碳化物存在于鑄態(tài)組織中，鋼具有較低的強(qiáng)度和較大的脆性，且缺乏良好的導(dǎo)熱性，具有較大的線收縮和內(nèi)應(yīng)力，因此，要根據(jù)鑄件壁厚，并考慮其復(fù)雜程度，據(jù)此對(duì)壁厚進(jìn)行確定。若鑄件壁厚小于25mm，可確定加熱速度為70℃/h；對(duì)于壁厚在25到50mm以內(nèi)的鑄件，可確定加熱速度為50℃/h；對(duì)于壁厚大于75mm的鑄件以及復(fù)雜鑄件，可確定加熱速度為30～50℃/h。當(dāng)加熱溫度超過(guò)600℃時(shí)，鋼韌性得到提高，減小了開(kāi)裂危險(xiǎn)，可將鑄件相應(yīng)的加熱速度上升到100～150℃/h，直至固溶溫度。

2.4 晶粒粗大預(yù)防措施

①鋼液終脫氧時(shí)，可對(duì)終脫氧劑A1量進(jìn)行適當(dāng)增加，通?？稍黾又龄撘喝萘康?%。②對(duì)澆注溫度進(jìn)行合理控制，盡量對(duì)低溫澆注工藝進(jìn)行采用，將澆注溫度控制在1360～1420℃范圍內(nèi)。